Inline-Spektrometer Memosens Wave CAS80E von Endress+Hauser zur Wasseranalyse. Bild CHEMIE TECHNIK

Inline-Spektrometer Memosens Wave CAS80E von Endress+Hauser zur Wasseranalyse. Bild CHEMIE TECHNIK

| von Armin Scheuermann

Wird die Qualität von Produkten im Prozess mit analytischen Methoden gemessen, dann herrscht vor allem in Batch-Betrieben heute noch Handarbeit vor: Proben ziehen, ins Labor bringen, in die dortige Auftragsschlange einreihen, messen und dokumentieren – so der typische Ablauf. Bis das Ergebnis der chemischen Analytik vorliegt, ist es für einen regelnden Eingriff in den Produktionsablauf meist zu spät. Kein Wunder also, dass sich vor allem die Arzneimittelfertiger den Vorwurf gefallen lassen müssen, sie würden Qualität nicht produzieren, sondern erst später in die Produkte „hineinprüfen“ – und das, obwohl seit rund zwei Jahrzehnten auch eine parametrische Freigabe möglich wäre.

Was ist „Pharmazeutische Analytik“?

In der pharmazeutischen Analytik werden Arzneimittel chemisch, physikalisch und biochemisch untersucht. Man unterscheidet zwischen der Laboranalytik und der Prozessanalyse / Prozessanalytik. Während die Analyse im Labor im Entwicklungsprozess oder zur Qualitätskontrolle mit speziellen Methoden durchgeführt wird, hat die Prozess-Analytik (Prozess-Analysentechnik, PAT) eine Prozessoptimierung zum Ziel. Richtig eingesetzt und validiert, kann die Prozess-Analytik auch zur parametrischen Freigabe von Arzneimitteln (parametric release) genutzt werden. Beschrieben ist das beispielsweise in einer Richtlinie der europäischen Arzneimittelbehörde ema.

Warum das so ist, wurde im Januar 2020 bei einer Pressekonferenz des auf chemische Flüssigkeitsanalyse spezialisierten Anbieters Endress+Hauser Liquid Analysis deutlich: Die Gründe sind vielschichtig und häufig allzu menschlich. „Auf den Betreibern lastet ein enormer Druck. In der Pharmaindustrie werden Projekte immer weiter beschleunigt – und weil oft schlichtweg keine Zeit bleibt, um neue Technologien zu evaluieren, werden traditionelle Konzepte kopiert“, erläutert Philipp Garbers, Branchenmanager Life Sciences bei Endress+Hauser Messtechnik ein Problem: „Was man früher in drei oder vier Jahren schaffen wollte, muss in den heutigen Projekten in zwölf Monaten erreicht werden.“

In Unternehmen der Life Science-Industrie kommt dazu auch noch die Besonderheit, dass ein validierter Prozess generell nicht dazu geeignet ist, ständig neue Technologien oder eine neue Methode einzusetzen. Hier verhindert zudem auch die detaillierte Beschreibung technischer Abläufe in den Vorschriften (Pharmakopöen) den Fortschritt, weiß Dr. Monika Heisterkamp, Director Marketing, bei Endress+Hauser Liquid Analysis. „Dort ist haarklein beschrieben, wie man die Elektronik und die Sensorik einer Leitfähigkeitsmessung zu überprüfen hat. Doch das berücksichtigte lange Zeit nur analoge Sensoren“, so Heisterkamp. Ein Hindernis für die Einführung digitaler Sensoren in die Chemische Analytik wie die Memosens-Geräte des Herstellers: Bei diesen erfolgt die Messwertverarbeitung bereits im Sensor. „Es dauert sehr lange, bis Innovationen Einzug in die Vorschriften findet.“ Gelungen ist dies dem Hersteller inzwischen in der europäischen Pharmakopöe.

Es fehlt an einem gemeinsamen Verständnis von Labor- und Prozesspersonal

Eine weitere Hürde stellt die organisatorische Distanz zwischen Labor und Prozess dar: „Die Ansprechpartner im Labor sind immer andere, als die im Prozess“, so Heisterkamp. Oft fehlt es an der Kommunikation und einem gemeinsamen Verständnis zwischen den Beteiligten.

Doch die Hoffnung steigt, dass sich das allmählich ändern wird: „Der Druck auf die Produzenten nimmt zu. Diese müssen ihre Produkte immer schneller und in einer immer höheren dokumentierten Qualität zur Marktreife bringen“, so Garbers. Und damit rückt die Lücke zwischen Entwicklungslabor und Prozess immer stärker in das Bewusstsein der Beteiligten. Denn häufig stellen diese fest, dass beim Scale Up neuer Prozesse Abweichungen zwischen der chemischen Analytik unter Laborbedingungen und der im Produktionsablauf auftreten. In langwierigen Versuchen und Diskussionen wird dann ergründet, woran das liegen könnte: Gibt es verfahrensbedingte Abweichungen, die sich auf die Qualität auswirken? Oder liegt es schlicht und einfach daran, dass die in den verschiedenen Bereichen im Unternehmen eingesetzten Sensoren und Analysengeräte unterschiedliche Werte liefern?

Einheitliche Technologieplattform für die Spektroskopie

Mit einer vereinheitlichten Technologieplattform will der Analysentechnik-Spezialist eine Brücke vom Labor in den Prozess bauen. Gelungen ist dies dem Anbieter bereits mit den Raman-Spektrometern – eine Technologie, die sich der Hersteller 2013 mit der Übernahme von Kaiser Optical Systems zu eigen gemacht hat: Sowohl die im Labor eingesetzten Spektrometer als auch die beispielsweise an Fermentern installierten Prozessgeräte nutzen dieselbe Basis. „Die Ergebnisse unserer Laborgeräte lassen sich 1:1 in den Prozess übertragen“, erklärt Dr. Manfred Jagiella, CEO von Endress+Hauser Liquid Analysis. Neueste Entwicklung in diesem Bereich sind Adapter, mit denen die Raman-Sensoren in der Produktion auch für Single-Use-Anwendungen eingesetzt werden können.

Inline-Spektrometer Memosens Wave CKI50 mit Liquiline-Messumformer von Endress Hauser

Gehäuse und Messumformer des neuen Inline-Spektrometers Memosens Wave CKI50 sollen künftig die Basis für eine ganze Reihe verschiedener Prozessspektrometer bilden. Bild: CHEMIE TECHNIK

Auch mit den jüngsten Spektrometern zur Wasser- und Farbanalyse verfolgt der Hersteller diese Strategie. So hat der Hersteller sein Inline-Spektrometer Memosens Wave CKI50 in einem kompakten Prozessgehäuse untergebracht, das sowohl über ein EHEDG-Zertifikat für den Einsatz in hygienischen Prozessen verfügt als auch den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen erlaubt. Zusammen mit den neuen Messumformern der Liquiline-Plattform soll das Konzept künftig die Basis für eine ganze Reihe an spektrometrischen Verfahren für die Bestimmung von Qualitätsparametern wässriger Medien bilden. „Das ist für uns der Startpunkt für den Bau vieler weiterer Spektrometer“, verspricht Jagiella. Im Wasserbereich liegen die Schnittmengen zwischen Laboreinsatz und Prozess-Analyse nicht nur bei der Spektroskopie, sondern auch beim Analysieren von  TOC und Elementen (Elementar-Analytik). Mit einheitlichen Geräteplattformen hat der Hersteller zum Ziel, dass die Kluft zwischen Labor und Produktion überwunden wird.

Digitalisierung wird zum Treiber für die Prozessanalytik

Auch noch ein weiterer Treiber macht den Anbieter für chemische Analytik zuversichtlich, dass der Graben zwischen Labor und Prozess in Zukunft eingeebnet werden wird: die Digitalisierung. Denn je mehr die produzierenden Unternehmen deren Nutzen erkennen und für sich erschließen wollen, desto größer wird der Wunsch nach Geräten, die ihre Messwerte und Informationen über gemeinsame Datenbanken (LIMS, ERP) nutzbar machen. „Die Digitalisierung wird den Einsatz fortschrittlicher Analytik beschleunigen“, so Heisterkamp. Ein Aspekt und Ziel, das auch Dr. Marc Diener, Director Product Management & Application bei Analytik Jena betont: „Labor und Prozess nutzen in immer stärkerem Maße dieselben Schnittstellen – dadurch wird es einfacher, Labor- und Prozessdaten zusammenzuführen.“

Dass es meist jedoch nicht an der Technik liegt, wenn zwischen Labor und Produktionsprozess ein tiefer Graben wahrzunehmen ist, zog sich wie ein roter Faden durch die Diskussion. Ein wesentliches Hindernis ist die unzureichende Kommunikation zwischen den Verantwortlichen beider Bereiche. „Wenn die Beteiligten das wirklich wollen, dann gelingt es auch, den Graben zu überwinden“, sagt Monika Heisterkamp. Und ihr Kollege Marc Diener ergänzt: „Wir sind auf einem guten Weg, ein gemeinsames Verständnis herzustellen.“

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